C 语言 Web 开发：CGI、FastCGI 与 Nginx 实战解析

避坑指南：CGI 最大的问题是性能。每次请求都启动新进程开销很大，且容易因未正确释放资源导致内存泄漏。此外，务必确保输出格式严格符合 HTTP 协议，否则浏览器可能无法渲染。

FastCGI（快速通用网关接口）基础

核心架构

为了解决 CGI 的性能瓶颈，FastCGI 应运而生。它允许 CGI 进程保持驻留状态，不再每次请求都重启。Web 服务器通过 TCP 或 Unix Socket 与 FastCGI 进程通信。

• Web 服务器：将请求转发给已运行的 FastCGI 进程。
• FastCGI 进程：长期运行，循环处理多个请求。
• 客户端：发送请求，接收响应。

开发要点

FastCGI 的核心库是 libfcgi。程序入口需要包含 fcgi_stdio.h，并使用 FCGI_Accept() 函数进入循环。

#include <fcgi_stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    while (FCGI_Accept() >= 0) {
        printf("Content-Type: text/plain\n\n");
        printf("Hello from FastCGI!");
    }
    return 0;
}

获取参数的逻辑与 CGI 类似，同样依赖环境变量，但需要注意进程的生命周期管理。如果 FastCGI 进程崩溃，服务器需要能够自动重启它。

避坑指南：多进程环境下，全局变量不再是线程安全的。务必检查资源泄漏，特别是文件描述符和内存分配。另外，确保 FastCGI 守护进程配置正确，避免端口冲突。

Nginx 与 C 语言开发基础

核心架构

Nginx 本身是用 C 编写的，支持通过 C 语言编写模块来扩展功能。其架构基于事件驱动模型，利用 epoll 高效处理并发连接，同时拥有自己的内存池机制来优化内存管理。

• 事件驱动模型：非阻塞 I/O，高效处理高并发。
• 内存池：统一管理内存，减少碎片和泄漏风险。
• 多进程模型：Master 进程管理 Worker 进程，Worker 处理具体请求。

开发要点

编写 Nginx 模块需要包含 ngx_config.h、ngx_core.h 等核心头文件。以下是一个简单的 Hello World 模块示例，展示了如何注册处理器和配置命令。

#include <ngx_config.h>
#include <ngx_core.h>
#include <ngx_http.h>

static ngx_int_t ngx_http_hello_handler(ngx_http_request_t *r);

static ngx_command_t ngx_http_hello_commands[] = {
    {ngx_string("hello_world"), NGX_HTTP_LOC_CONF | NGX_CONF_NOARGS,
     ngx_conf_set_flag_slot, NGX_HTTP_LOC_CONF_OFFSET, 0, NULL},
    ngx_null_command
};

static ngx_http_module_t ngx_http_hello_module_ctx = {
    NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL
};

ngx_module_t ngx_http_hello_module = {
    NGX_MODULE_V1,
    &ngx_http_hello_module_ctx,
    ngx_http_hello_commands,
    NGX_HTTP_MODULE,
    NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL,
    NGX_MODULE_V1_PADDING
};

static ngx_int_t ngx_http_hello_handler(ngx_http_request_t *r) {
    ngx_int_t rc;
    ngx_buf_t *b;
    ngx_chain_t out;

    r->headers_out.content_type.len = sizeof("text/plain") - 1;
    r->headers_out.content_type.data = (u_char *)"text/plain";
    r->headers_out.status = NGX_HTTP_OK;
    r->headers_out.content_length_n = 13;

    rc = ngx_http_send_header(r);
    if (rc == NGX_ERROR || rc > NGX_OK || r->header_only) {
        return rc;
    }

    b = ngx_pcalloc(r->pool, sizeof(ngx_buf_t));
    if (b == NULL) {
        return NGX_HTTP_INTERNAL_SERVER_ERROR;
    }
    out.buf = b;
    out.next = NULL;
    b->pos = (u_char *)"Hello from Nginx!";
    b->last = b->pos + 13;
    b->memory = 1;
    b->last_buf = 1;

    return ngx_http_output_filter(r, &out);
}

static ngx_int_t ngx_http_hello_init(ngx_conf_t *cf) {
    ngx_http_handler_pt *h;
    ngx_http_core_loc_conf_t *clcf;
    clcf = ngx_http_conf_get_module_loc_conf(cf, ngx_http_core_module);
    h = ngx_array_push(&clcf->handlers);
    if (h == NULL) {
        return NGX_ERROR;
    }
    *h = ngx_http_hello_handler;
    return NGX_OK;
}

static ngx_http_module_t ngx_http_hello_module_ctx = {
    NULL, ngx_http_hello_init, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL
};

避坑指南：Nginx 模块开发对内存安全要求极高。不要直接 malloc/free，应优先使用 Nginx 提供的内存池 API。同时，注意竞态条件，尤其是在多线程或多 Worker 模式下访问共享资源时。

实战案例分析：用户登录系统

结合 FastCGI 和 Nginx，我们可以构建一个完整的 Web 应用。下面展示一个简单的登录流程，包括前端表单提交和后端验证。

FastCGI 处理逻辑

这个程序接收 POST 请求，解析用户名和密码，并进行简单的验证。

#include <fcgi_stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

void decode_url(char *src, char *dst) {
    int i = 0, j = 0;
    while (src[i]) {
        if (src[i] == '%') {
            int value;
            sscanf(src + i + 1, "%2x", &value);
            dst[j++] = (char)value;
            i += 3;
        } else if (src[i] == '+') {
            dst[j++] = ' ';
            i++;
        } else {
            dst[j++] = src[i++];
        }
    }
    dst[j] = '\0';
}

int main() {
    while (FCGI_Accept() >= 0) {
        char *content_type = getenv("CONTENT_TYPE");
        char *request_method = getenv("REQUEST_METHOD");

        if (strcmp(request_method, "POST") == 0) {
            char *content_length_str = getenv("CONTENT_LENGTH");
            int content_length = atoi(content_length_str);
            char *post_data = (char *)malloc(content_length + 1);
            if (post_data) {
                fread(post_data, 1, content_length, stdin);
                post_data[content_length] = '\0';

                char *username = NULL;
                char *password = NULL;
                char *token = strtok(post_data, "&");
                while (token) {
                    char *equals = strchr(token, '=');
                    if (equals) {
                        *equals = '\0';
                        char *key = token;
                        char *value = equals + 1;
                        char decoded_key[100], decoded_value[100];
                        decode_url(key, decoded_key);
                        decode_url(value, decoded_value);
                        if (strcmp(decoded_key, "username") == 0) {
                            username = strdup(decoded_value);
                        } else if (strcmp(decoded_key, "password") == 0) {
                            password = strdup(decoded_value);
                        }
                    }
                    token = strtok(NULL, "&");
                }

                printf("Content-Type: text/plain\n\n");
                if (username && password && strcmp(username, "admin") == 0 && strcmp(password, "123456") == 0) {
                    printf("登录成功！");
                } else {
                    printf("用户名或密码错误！");
                }
                free(username);
                free(password);
                free(post_data);
            }
        } else {
            printf("Content-Type: text/html\n\n");
            printf("<html>");
            printf("<head><title>登录页面</title></head>");
            printf("<body>");
            printf("<h1>用户登录</h1>");
            printf("<form method='post' action='/login'>");
            printf("用户名：<input type='text' name='username'><br>");
            printf("密码：<input type='password' name='password'><br>");
            printf("<input type='submit' value='登录'>");
            printf("</form>");
            printf("</body>");
            printf("</html>");
        }
    }
    return 0;
}

Nginx 配置文件

为了让 Nginx 能调用上述 FastCGI 程序，需要配置 fastcgi_pass。

server {
    listen 80;
    server_name localhost;

    location / {
        root html;
        index index.html;
    }

    location /login {
        fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
        fastcgi_index index.cgi;
        include fastcgi_params;
    }
}

总结

通过本章的学习，我们梳理了 C 语言 Web 开发的核心技术栈：

1. CGI：适合低流量场景，理解其进程模型有助于掌握 Web 交互本质。
2. FastCGI：解决了 CGI 的性能问题，是现代 Web 服务的主流选择之一。
3. Nginx 模块：提供了更深度的控制能力，适合高性能定制需求。
4. 实战：结合配置与代码，实现了基础的认证流程。

建议课后尝试编写一个输出当前时间的 CGI 程序，或者尝试修改 Nginx 模块以返回不同的状态码，巩固对内存管理和请求生命周期的理解。